2D magneter för spintroniska och magnoniska tillämpningar

Yaroslav Kvashnin. Foto: Camilla Thulin.

Vetenskapsrådet fattade den 31 oktober 2019 beslut om projektbidrag och etableringsbidrag inom naturvetenskap och teknikvetenskap. Institutionen för fysik och astronomi tilldelas 40 840 000 SEK för perioden 2020-2023 för totalt nio projektbidrag och tre etableringsbidrag. Projekten kommer att inledas under 2020.

Projektbeskrivning

Projekttitel: 2D magneter för spintroniska och magnoniska tillämpningar
Huvudsökande: Yaroslav Kvashnin, avdelningen för materialteori
Beviljade medel: 4 000 000 SEK för perioden 2020-2023
Finansiär: Etableringsbidrag från Vetenskapsrådet

Aktuell elektronisk teknik ligger inom gränsen för dess möjliga miniatyrisering. För att göra mer effektiva datorer och minnesenheter måste man söka alternativ till kiselbaserad elektronik. Ett av de snabbväxande fälten är spintronics, där huvudidén är att använda elementära magnetiska moment (spinn) för att utföra logiska operationer och skicka information. Exempelvis kan magnetiseringsriktningen användas för att koda information. Om man har ett magnetiskt material, som är så tjockt som ett atomlager, får man därför en aldrig tidigare skådad minnestäthet, vilket är omöjligt att uppnå med någon annan nuvarande teknik.

Under lång tid troddes 2D-magnetism vara omöjlig. För bara två år sedan fanns det stora genombrott på detta område, när det första 2D-magnetiska materialet hittades. Ett monoskikt av Crl3 framställdes från bulk av detta material, vilket är en skiktad struktur, där skikten är svagt kopplade genom en så kallad van der Waals-interaktion. Detta resultat överraskade vetenskapssamhället och utlöste stor aktivitet på dessa material och många andra monolagda magnetiska material upptäcktes sedan dess. De flesta av dessa material är endast magnetiska vid mycket låga temperaturer, vilket hindrar deras tekniska tillämpning. Emellertid rapporterades nyligen rumstemperaturmagnetism i enkelskiktad VSe2.

Således är, trots mycket intensiv undersökning av dessa material, litet känt om deras grundläggande egenskaper, huruvida det är möjligt att ställa in dem på ett önskvärt sätt och vad deras faktiska potential för tekniska tillämpningar är. Det projekt som jag föreslår syftar till att svara på dessa frågor. Jag kommer att göra datormodellering av dessa material, från början till botten. Min idé är att simulera den elektroniska strukturen hos dessa material med hjälp av så kallade första principer-beräkningar. De kallas så eftersom den enda nödvändiga informationen är materialets kristallstruktur. Med denna metod kan man förutse alla materialets makroskopiska egenskaper och jämföra dem direkt mot tillgängliga experimentdata.

Det första steget i detta arbete är att reproducera och förklara tillgängliga experimentella data som erhållits för redan existerande 2D-material. Jag kommer att samarbeta med Venkata Kamalakar och hans grupp och de kommer att ge ytterligare mätningar och syntes av nya material. Vi kommer att fokusera på elektroniska och magnetiska excitationsspektra, såväl som magnetiska och transportegenskaper. När de grundläggande egenskaperna reproduceras väl av beräkningarna kommer vi att kunna förutsäga hur ett material kommer att reagera på vissa förändringar och slutligen föreslå nya 2D-magnetiska material och föra dem närmare den faktiska tillämpningen.